Haloalcano

El tetrafluoroetano, un haloalcano, se presenta como un líquido transparente que hierve por debajo de la temperatura ambiente, como se observa en la foto.

Un haloalcano, también conocido como halogenuro de alquilo, halogenoalcano o haluro de alquilo, es un compuesto químico derivado de un alcano por sustitución de uno o más átomos de hidrógeno por átomos de halógeno. La sustitución con flúor, cloro, bromo y yodo conduce a fluoroalcanos, cloroalcanos, bromoalcanos y yodoalcanos, respectivamente. Los compuestos mixtos también son posibles, los ejemplos más conocidos son los clorofluorocarbonos (CFC) que son los principales responsables del agujero de ozono. Los haloalcanos son usados en la fabricación de dispositivos semiconductores, como refrigerantes, agentes espumantes, disolventes, propelentes en sprays, agentes extintores y reactivos químicos.

El freon[1] es el nombre comercial de un grupo clásico de clorofluorocarbonos usados principalmente como refrigerantes. La palabra Freon es una marca registrada perteneciente a DuPont.

Existen cuatro tipos de haloalcanos. En los haloalcanos primarios, el carbono que soporta el átomo de halógeno está sólo unido a un grupo alquilo. En los haloalcanos secundarios el carbono con el átomo de halógeno está unido a dos grupos alquilo. En un haloalcano terciario el carbono unido al halógeno también lo está a tres grupos alquilo. También tenemos otro pequeño grupo de haloalcanos donde el átomo de halógeno está unido a un grupo metilo (halometanos).

Compuestos con cloro y flúor (CFC, HCFC, HFC)

Moléculas de CFC.

Los clorofluorocarbonos (CFC) son haloalcanos que contienen tanto cloro como flúor. Fueron ampliamente usados antiguamente en la industria, por ejemplo como refrigerantes, propelentes y disolventes limpiadores. Su uso ha sido en general prohibido por el Protocolo de Montreal, debido a sus efectos sobre la capa de ozono, (ver agujero de ozono). También contribuyen al calentamiento global.[2]

Los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) son una clase de haloalcanos donde no todos los hidrógenos han sido reemplazados por cloro o flúor. Son usados fundamentalmente como sustitutos de los clorofluorocarbonos (CFC), ya que sus efectos sobre la disminución del ozono son sólo aproximadamente el 10% de los de CFC.[3]

Cuando solo es el flúor el sustituyente de algunos hidrógenos entonces se conocen como hidrofluorocarbonos (HFCs). Aunque algunos tienen un alto potencial de calentamiento global, no tienen efectos conocidos sobre la capa de ozono, ya que no contienen cloro o bromo, (cuando este tipo de compuestos contienen alguno de estos dos elementos son considerados dañinos para la capa de ozono).[4]

Polímeros halogenados

Alquenos fluorados o clorados pueden ser usados para polimerización, dando lugar a polímeros halogenados con notables propiedades de resistencia química. Ejemplos importantes incluyen al policloroeteno ( Policloruro de vinilo, PVC), politetrafluoretileno (PTFE, Teflon), pero existen muchos más polímeros halogenados; sin embargo, sus monómeros son haloalquenos (más comúnmente llamados haluros de vinilo).

Historia

Desarrollo inicial

El tetracloruro de carbono fue usado en extintores y granadas extintoras de vidrio desde finales del siglo XIX hasta entorno el fin de la segunda guerra mundial. La experimentación con cloroalcanos para la extinción del fuego en aviación militar empezó al menos tan pronto como los años 20 del siglo pasado.

El ingeniero americano Thomas Midgley desarrolló los clorofluorocarbonos (CFC) en 1928 como una alternativa para el amoníaco (NH3), clorometano (CH3Cl) y el dióxido de azufre (SO2), que son tóxicos pero que eran de uso común en aquel momento como refrigerantes. El nuevo compuesto desarrollado tenía que tener un punto de ebullición bajo, ser no tóxico y en general inerte. En una demostración para la American Chemical Society, Midgley demostró flamantemente todas estas propiedades inspirando el gas y expirándolo para soplar una vela.

Midgley específicamente desarrolló el CCl2F2. No obstante, una de las características interesantes es que existe una familia entera de estos compuestos, cada uno teniendo su punto de ebullición único, pudiendo adecuarse a diferentes aplicaciones. Además de su aplicación original como refrigerantes, los clorofluoroalcanos han sido usados como propelentes en sprays, disolventes limpiadores para placas electrónicas y agentes espumantes para producir plásticos expandidos, (tales como el poliestireno expandido utilizado, entre otras aplicaciones, en materiales de envasado).

Desarrollo de alternativas

Durante la Segunda Guerra Mundial, varios de los primeros cloroalcanos eran de uso estándar en los aviones militares de varios contendientes, pero estos primeros halones, (nombre con el que se conoce a los agentes extintores halogenados), sufrían de una toxicidad excesiva. Sin embargo, después de la guerra también se hicieron lentamente más habituales en la aviación civil.

En los años sesenta, los fluoroalcanos y bromofluoroalcanos pasaron a estar disponibles y fueron rápidamente considerados entre los materiales más efectivos descubiertos para la lucha contra el fuego. Las primeras investigaciones con halón 1301 fueron llevadas a cabo bajo los auspicios del ejército estadounidense, mientras que el halón 1211 fue, inicialmente, desarrollado principalmente en el Reino Unido. A finales de la década de los 60 eran estándar en muchas aplicaciones donde el agua y los extintores de polvo seco suponían una amenaza de dañar el bien que se pretendía proteger del fuego, incluyendo salas de computadoras, centros de telecomunicaciones, laboratorios, museos y colecciones de arte. Al principio en barcos de guerra, en los años 70, los bromofluoroalcanos, también progresivamente, llegaron a estar asociados con una rápido control de fuegos graves en espacios cerrados con un riesgo mínimo para el personal.

El trabajo en alternativas para los clorofluorocarbonos en refrigerantes empezó a finales de los años 1970, después que los primeros avisos de perjuicio al ozono estratosférico fueron publicados en la revista Nature en 1974 por Molina y Rowland, (quienes compartieron el Premio Nobel de Química en 1995 por su trabajo). Añadiendo hidrógeno y creando hidrofluorocarbonos (HCFC), los químicos hicieron a estos compuestos menos estables en la atmósfera inferior, permitiéndoles descomponerse antes de alcanzar la capa de ozono. Alternativas posteriores prescinden del cloro, creando hidrofluorocarbonos (HFC) con tiempos de vida todavía más cortos en la atmósfera inferior.

En los inicios de la década de los 1980, los bromofluoroalcanos eran de uso común en aeronaves, barcos y vehículos grandes además de instalaciones informáticas y museos. Sin embargo, se empezaba a sentir preocupación sobre el impacto de los cloroalcanos y bromoalcanos sobre la capa de ozono. La Convención de Viena sobre la Protección de la Capa de Ozono de 1985 no cubría los bromofluoroalcanos ya que se pensaba, en aquel momento, que la descarga de emergencia de los sistemas de extinción era demasiado pequeña en volumen para producir un impacto significativo como para restringir su uso, siendo además también importantes para la seguridad de las personas.

Sin embargo, en el momento del Protocolo de Montreal ya se habían dado cuenta que las descargas accidentales o deliberadas durante las comprobaciones de los sistemas y el mantenimiento suponían volúmenes sustancialmente mayores que las descargas de emergencia, y por consiguiente los halones fueron incluidos dentro del tratado, aunque con excepciones.

Retirada paulatina

Los únicos usos pemitidos para los clorofluroalcanos son medicinales.

El uso de ciertos cloroalcanos como disolventes para aplicaciones de gran escala, tales como limpieza en seco, está siendo abandonado paulatinamente debido, por ejemplo, a la directiva de Compuestos Orgánicos Volátiles (COV)[5] de la UE.

Finalmente, los bromofluoroalcanos (halones), fueron retirados de forma general en muchos países europeos antes del 2004, basándose en el Protocolo de Montreal y las directrices de la UE.[8] que tratan de asegurar una gestión responsable del halón y de ahorro en los stocks que quedan.

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